Simulasi operasi logika pada dua buah sinyal digital.

MediaTeknika Jurnal Teknologi
Vol.9, No.2, Juni 2014,



101

Simulasi Operasi Logika pada Dua Buah Sinyal Digital
Djoko Untoro Suwarno 1,2, Kusminarto1, Kuwat Triyana1
1

Fisika, Universitas Gadjah Mada
Sekip, Bulak sumur, Yogyakarta
2
Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
Paingan Maguwoharjo, Sleman, Yogyakarta
2
Penulis korespondensi, email : Joko_unt@usd.ac.id
Abstract
This paper described about investigation on the effects of operation of two digital signals using digital
logic operations. The logic operations used in this simulation were AND, OR, NOR, XOR, D-FF and JK-FF.

Logic operation using AND, OR and XOR logic between two digital signals creates a new PWM signal.
Logic D-FF operation between two digital signals can be used as frequency difference.
Keywords: digital logic operation, frequency difference, simulation, D-FF

1. Pendahuluan
Fenomena layangan frekuensi (beat) merupakan fenomena saat terdapat dua buah
sinyal yang saling berdekatan frekuensinya. Pada fenomena ini akan memunculkan sinyal yang
terdengar akan membesar dan mengecil secara bergantian. Fenomena layangan bisa dijumpai
pada peluit dari polisi Inggris, efek doupler, gelombang radio yang menangkap dua buah
station yang berdekatan frekuensinya. Frekuensi layangan dapat diuraikan menjadi komponen
selisih frekuensi dan frekuensi fundamentalnya. Pada sistem analog, untuk mendapatkan
frekuensi layangan dilakukan dengan menggabungkan dua buah gelombang sinus yang
berdekatan frekuensinya. Proses penggabungan dua buah gelombang sinus sering dinamakan
mixer. Untuk mendapatkan informasi pada sistem penerima radio AM, gelombang yang
diterima oleh antena dicampurkan (mix) dengan osilator lokal. Setelah pencampuran dilakukan
proses penyaringan untuk mendapatkan sinyal informasinya.
Pada sistem digital, terdapat sinyal periodis berupa gelombang kotak. Perubahan
gelombang kotak dapat berupa pergeseran fase maupun perubahan periodenya dengan
amplitudo yang tetap. Operasi penggabungan untuk sinyal berupa gelombang kotak tidak
dapat dilakukan dengan operasi penjumlahan ataupun mengurangan. Gelombang kotak

memiliki dua buah keadaan yaitu level tinggi (logika 1, atau 5V) dan level rendah (logika 0, atau
0V). Operasi penjumlahan sinyal pada gelombang kotak akan menghasilkan level melebihi 5V
atau pengurangan secara langsung akan menghasilkan aras tegangan kurang dari 0V. Operasi
yang bisa dilakukan untuk gelombang kotak dan dipakai pada sistem digital yaitu operasi logika
AND, logika OR, logika XOR, dan gerbang logika Flip Flop. Operasi Logika AND, OR, NOT, XOR
merupakan operasi dasar untuk mengolah data digital. Tabel 1 berikut ini merupakan tabel
operasi logika dasar AND, OR, NOT dan XOR. Tabel 2 disajikan operasi logika pada D-FF
Tabel 1. operasi logika NOT, AND, OR dan XOR
In A In B NOT A NOT B AND OR
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0

1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1

XOR
0
1
1
1


Diterima 25 Oktober 2013; Direvisi 20 Desember 2013; Disetujui 28 Desember 2013

702

ISSN: 1412-5641



Tabel 2. Operasi logika Data Flip-flop [1]
Input Data Input Clock Output Q
0

0

1

1

X


0

X

1

X

Tidak
berubah
Tidak
berubah
Tidak
berubah

Operasi logika pada sinyal menarik untuk diamati. Pengamatan terhadap operasi sinyal
digital menjadi mudah diamati dengan menggunakan software simulasi. Software simulasi
rangkaian digital yang digunakan antara lain Proteus. Ma dkk [2] melakukan simulasi terhadap
pengukur frekuensi menggunakan proteus. Melalui simulasi perubahan parameter dapat
dilakukan dan hasil diperoleh dengan segera.

Studi eksperimental tentang gerbang Data FlipFlop (D-FF) sebagai rangkaian
pencampur digital dilakukan oleh Honnel [3]. Eksperimen yang dilakukan oleh Honnel
menggunakan IC TTL pencacah dan ditampilkan pada osiloskop.
Pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh DFF sebagai rangkaian
pengurang frekuensi dengan menggunakan software simulasi proteus. Melalui simulasi ,
perubahan terhadap konfigurasi maupun sinyal masukan dapat dilakukan secara mudah.

2. Metode Penelitian
Penelitian untuk melihat pengaruh operasi logika pada sinyal digital dilakukan secara
simulasi menggunakan perangkat lunak simulasi Protesus ISIS profesional relesase 7.5 SP3.
Operasi yang akan dilakukan berupa operasi: logika AND, logika OR, logika NOT, logika XOR,
gerbang DFF (Data Flip Flop) dan gerbang JKFF.
Komponen dan instrument pada proteus yang dipakai (gambar 1 – gambar 3) :
1. VSM Signal Generator  square wave, frekuensi bervariasi 60Hz – 6000 Hz

Gambar 1. VSM Signal Generator

2. VSM Oscilloscope

MediaTeknika Vol. 9, No. 2, Juni 2014: xxx – xxx


ISSN: 1412-5641

MediaTeknika



703

Gambar 2. VSM Osciloskop

3. VSM Counter Timer

Gambar 3. VSM Counter Timer

4. Gerbang logika NAND (74HC00), logika NOR (74HC02), gerbang logika NOT (74hc14, pemicu
Schmitt), gerbang DFF (74HC74)
Sumber sinyal berasal dari VSM Signal Generator dengan mode Square Wave,
tegangan 5V dan polaritas unipolar. Keluaran dari sinyal generator diberi inverter pemicu
Schmitt (Schmitt trigger) 74HC04 untuk membentuk gelombang dengan level TTL. Keluaran

dari gerbang inverter sebagai sumber ffrekuensi 1 dan frekuensi 2 masing-masing dihubungkan
dengan kanal B dan kanal C juga sebagai masukan gerbang yang diuji. Kanal A pada oskiloskop
dihubungkan dengan keluaran dari gerbang hasil pengolahan kedua sinyal masukan,
sedangkan kanal D dihubungkan dengan keluaran NOT (jika ada keluaran not). Gerbang yang
akan diuji ditempatkan setelah keluaran dari NOT U2A dan U2B. Pengaruh terhadap frekuensi
dilakukan dengan melakukan perubahan terhadap frekuensi output dari VSM, sedangkan
bentuk keluaran diamati pada osiloskop.
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Simulasi operasi logika AND
Simulasi operasi logika AND pada dua buah sinyal 10 Hz dan 9 Hz disajikan pada Gambar 4
Simulasi Operasi Logika pada dua buah sinyal digital (Djoko Untoro Suwarno)

704

ISSN: 1412-5641



A
B

C
D

U2:A
+

1

U2:C
2

5

74HC14
AM

FM

6
74HC14


-

1

U1:A
3

2

U2:B
+

3
74HC14

AM

FM


U2:D
4

13

74HC00

4

U1:B
6

5
74HC00

12
74HC14

-

Gambar 4. Simulasi operasi AND untuk frekuensi 10Hz dengan frekuensi 9Hz
Hasil simulasi operasi AND disajikan pada Gambar 5 berikut:

Gambar 5. Bentuk sinyal pada operasi AND untuk frek 10Hz dengan frek 9Hz
Sinyal (gelombang) yang dihasilkan berupa sinyal dengan bentuk PWM (Pulse Width
Modulation). Masukan sinyal pertama berupa gelombang kotak 10 Hz dan sinyal kedua berupa
gelombang kotak 9 Hz. Keluaran berupa gelombang PWM dengan periode 1 Hz
3.2 Simulasi untuk operasi logika OR dan NOR
Simulasi untuk operasi logika OR dan NOR untuk kedua sinyal disajikan pada Gambar 6 berikut

MediaTeknika Vol. 9, No. 2, Juni 2014: xxx – xxx

ISSN: 1412-5641

MediaTeknika



705

A
B
C
D

U2:A
+

1

2
74HC14

AM

FM

U3:A

-

2
3

U2:B
+

3

U1:B
1

74HC02

4

6

5
74HC00

4
74HC14

AM

FM

-

Gambar 6. Simulasi operasi OR dan NOR pada dua buah sinyal

Gambar 7. Hasil Simulasi operasi OR dan NOR pada dua sinyal 10Hz dan 9 Hz
Kanal A merupakan keluaran dari logika OR, sedangkan kanal D dihubungkan dengan
keluar logika NOR, sedangkan kanal B dan C dihubungkan dengan sinyal masukan.
Hasil simulasi untuk operasi OR dan operasi NOR berupa gelombang PWM. Keluaran
NOR berkebalikan dengan keluaran OR. PWM yang dihasilkan dari operasi OR memiliki
modulasi di atas 50%, sedangkan operasi NOR memiliki gelombang PWM dengan modulasi
kurang dari 50%
3.3 Simulasi operasi D-FF
Simulasi operasi D-FF terhadap dua buah sinyal disajikan pada Gambar 8 berikut:

Simulasi Operasi Logika pada dua buah sinyal digital (Djoko Untoro Suwarno)

706

ISSN: 1412-5641



A
B
C
D

U2:A
1

2

U4:A

AM

FM

2

-

3

+

3

Q

Q

4

5

CLK

1

U2:B

D

S

74HC14

R

4

+

6
74HC74

74HC14
AM

FM

-

CLK
CE
RST

Gambar 8. Setup simulasi operasi D-FF terhadap dua frekuensi digital

Gambar 9. Bentuk gelombang yang terjadi pada operasi menggunakan D-FF
Freq data < freq clock
data
clock
output

Gambar 10. bentuk gelombang beda frekuensi untuk f data < f clock
Freq data > freq clock
data
clock
output

Gambar 11. Bentuk gelombang beda frekuensi untuk f data > f clock
MediaTeknika Vol. 9, No. 2, Juni 2014: xxx – xxx

ISSN: 1412-5641

MediaTeknika



707

Dari Gambar 12, terlihat hubungan antara frekuensi masukan dengan f osc 6000Hz.
Frekuensi masukan bervariasi mulai dari lebih kecil sampai lebih besar dari f osc dan melebihi
frekuensi harmonisa.
Hubungan antara frekuensi masukan dengan fosc = 6000 Hz

3500
3000

Beda frekuensi (Hz)

2500
2000
1500
1000
500
0

0

2000

4000

6000
8000
10000
Frekuensi masukan (Hz)

12000

14000

Gambar 12. Grafik hubungan antara frekuensi masukan dengan fosc 6000 Hz
Beda frekuensi dapat dihitung berdasarkan persamaan (1) berikut :

f  min( n fosc  fdata , n  0,1,2,...

(1)

Contoh perhitungan

fdata  4000Hz
fosc  6000Hz
Hasil f  2000Hz

N=0
4000Hz

N=1
2000Hz

N=2
8000Hz

N=3
14000Hz

4. Kesimpulan
Kesimpulan yang diperoleh dari simulasi ini yaitu
1. Operasi AND pada dua buah gelombang kotak dengan berbeda frekuensi menghasilkan
bentuk sinyal PWM.
2. Operasi OR dan NOR pada dua buah gelombang kotak dengan berbeda frekuensi
menghasilkan bentuk gelombang yang sama dengan operasi AND
3. Operasi DFF pada dua buah gelombang kotak yang berbeda frekuensi menghasilkan sinyal
yang memiliki beda frekuensi dari kedua sinyal tersebut. D-FF digunakan sebagai rangkaian
pengurang frekuensi pada sistem digital
Simulasi Operasi Logika pada dua buah sinyal digital (Djoko Untoro Suwarno)

708



ISSN: 1412-5641

Daftar Pustaka
[1]

On Semiconductor, 2007, 74HC74 Dual D Flip-Flop with set dan Reset, http://onsemi.com (diakses Januari
2014)

[2]

Liping Ma, Weiquo Zhang, Digital and Simulation of Digital Frequency Meter Based on Proteus, 2012
International Conference on Electrical and Computer Engineering (ICECE 2012), Advances in Biomedical
Engineering Vol 11

[3]

M.A Honnel, 1974, A Digital Mixer, final Report, Auburn University, Alabama

MediaTeknika Vol. 9, No. 2, Juni 2014: xxx – xxx